如何缩短设计周期?

e络盟亚太区技术市场经理　陈嘉伟



如何缩短设计周期?

e络盟亚太区技术市场经理陈嘉伟

电子工程师在设计可穿戴设备的时候往往会受到诸多限制，如功耗、重量和尺寸等，而其中对于大多数工程师来说，最为关键的一个设计参数便是产品上市速度，即工程师将设计概念转化为实际可用产品的速度。越快完成这项转化，就能越早针对系统中的重要部分以及应用进行进一步开发与优化。

绝大多数可穿戴设备都以传感器为基础，用以测量用户的步数、心率、姿态等相关参数。传感器采集的数据由单个微控制器读取并进行基本处理和存储，随后进行无线输出，通常传输至智能手机上，而手机则进一步将这些数据发送至云端进行处理和报告。

作为融合电子商务与在线社区的高质量电子元件与解决方案分销商,e络盟将从设计方法、设计模式及整个设计生态系统的视角依次对这些模块进行分析，以寻求有助于缩短各个模块设计用时的方法。

更快速的传感器设计

从传感器上获取原始数据并将其转化为有实际意义的信息以供使用，这绝非易事。

图　1

所有传感器都面临这种难题，无论是加速计、陀螺仪、磁力计、光伏计、温度计、压力计还是可穿戴应用测量所使用的其他类型传感器。工程师往往需要花费数周时间用于开发实现线性化的算法、调整传感器偏移并逐个校准。尽管如此，仍有诸多方法来为这一进程提速。

以Microchip Technology Inc. (美国微芯科技公司)生产的一款运动协处理器Microchip SSC7150为例，它可以轻松地执行基于嵌入式应用的运动功能，工程师无需精通传感器技术，可加速上市进程。该处理器采用小型6 mm×6 mm QFN封装，支持9轴传感器融和输入，包括3D加速计、3D陀螺仪以及3D磁力计。主应用 MCU不再负责信息的收集和处理工作。与主MCU进行I2C连接后，主MCU便可从设备上直接读取准确且已处理的位置和定位信息，从而实现更加快速的应用开发。

图　2

采用这种设计方案时还需将单个传感器与协处理器相连接。此外还有一种更加简捷的设计，即将传感器预装在模块之上。Microchip生产的模块MM7150，整合了SSC7150运动协处理器、Bosch BMC150(六轴数字罗盘)和BMG160(三轴陀螺仪)。Microchip MM7150运动模块采用单面设计，在制造过程中可轻松焊接。

更快速的MCU设计

谈过了传感器，在可穿戴应用的研发过程中，下一步就是MCU的选择及固件的开发。

MCU用于控制应用、读取输入、驱动输出以及实现不同系统模块之间的通信。在嵌入式应用的设计流程中，软件开发是最耗时也是最复杂的环节。大多数情况下工程师会使用C语言编程。他们需要为周边设备编制驱动，并借助复杂的中断例程整合各种周边设备。此外，他们还需要开发更高水平的应用功能。通常那些运行较快的软件其性能会更高，而软件的开发、测试和调试往往需要经历一个迭代过程，这都需要付出时间和努力不断改进。

在此阶段，工程师若能缩短开发时间并实现尺寸与功耗的最优化，将能够切实推动可穿戴产品设计更快上市。市面上存在几种方案有助于实现这一目标。Microchip以独立于内核的外设(CIP)理念为基础，开发了大量8位和16位MCU，这样一来，即使是简单的设备也能够更加广泛地应用于多种应用当中。配备大量智能型互联CIP的典型设备能够整合这些外设在无内核的情况下自主实现各类功能。由于这些功能完全依赖硬件而非软件来实现，因此使用CIP能够实现远胜于传统8位MCU的系统性能，这就有利于简化设计流程，并缩短软件开发周期以及由此产生的测试和调试时间。此外，CIP可免除对复杂控制系统中各功能的验证需要。

加快无线开发

多数可穿戴应用都设有无线连接功能。某些医疗应用或其他日志应用在通过USB等工具下载收集的信息之前，可能会先直接存储数据。但一般而言，这些应用都是以无线方式连接。有时候，工程师可能还需要支持远距离操作的无线连接。

这种情况下，我们有多种选择，比如远距离无线通信(LoRa)。然而多数情况下，可穿戴技术一般通过智能手机连接至个人网络。在这类应用中，蓝牙无线技术是最普遍的无线连接方式。

蓝牙无线技术让可穿戴产品设计师能够任意选用数十亿种Bluetooth Smart Ready智能手机作为其产品主机设备。借助低功耗蓝牙或Bluetooth Smart技术，应用无需经过硬件验证便可直接连接至苹果手机(包括iPhone 4S及其后代产品)。与传统蓝牙技术相比，这些技术可让产品设计更快上市，同时也为应用设备能够使用iBeacon协议提供了可能性。

就传感器来说，一个适当的模块便可极大地加速在设计中添加蓝牙无线技术的进程。所谓适当模块就是指RF认证、天线设计与协议栈开发等已经完成，工程师无需再为之耗费任何时间与精力。

加快云集成速度

大多数可穿戴应用需要连接到云端，这并不是一项轻松的任务。若要保证连接成功，就需要消除嵌入式设计人员与IT专业人员理念上的差异。

这两组人员的工作处于完全不同的两个世界。嵌入式设计人员关注字位和字节数，而IT专业人员关注的则是千兆与兆兆字节。这种差异化特点也存在于云连接嵌入式系统中的方方面面。

嵌入式工程师如何运行云应用呢？在设计过程中，他们需要综合考虑服务器、存储、安全性等诸多方面。庆幸的是，业内现在有许多服务可以简化和加速云解决方案的开发。其中之一就是亚马逊云服务(AWS)，包括亚马逊弹性计算云服务(EC2)以及新近推出的AWS物联网平台。EC2服务让用户能够以多种不同配置方式获取和配置任意数量的服务器资源。AWS物联网平台能够让连接设备方便地与云应用及其他设备进行安全交互。AWS物联网平台还能够支持数以亿计的设备与信息，安全可靠地处理这些信息并发送到AWS端点及其他设备。藉此，设计人员无需管理任何基础设施，便可以直接构建物联网应用，用于收集、处理、分析连接设备生成的数据并执行相应任务。

总之，构建可穿戴应用涉及许多复杂的开发难题，但同时，也存在一些模块、工具及生态系统能够切实加快可穿戴应用的开发。在可穿戴应用开发方面，电子元件仅仅是更复杂系统依托的平台，构建这个平台并使之快速运行才是成功设计的关键所在。

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